- •Курс лекций по материаловедению
- •Предисловие
- •Рекомендуемая литература
- •1(1). Предмет материаловедения. Историческая справка
- •2(2). Мировое производство основных материалов
- •3(3). Черные и цветные металлы, свойства и применение
- •4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал
- •5. Способы получения и технологической обработки металлов и сплавов
- •6. Виды контроля, параметры и методы оценки качества материалов
- •7(12). Механические испытания материалов
- •8(13). Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •9. Испытания на изгиб и сжатие
- •10(14). Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3. Определение твердости по Виккерсу
- •11(15). Определение ударной вязкости при изгибе
- •12. Испытание на вязкость разрушения
- •13. Испытание на усталость. Живучесть
- •14. Стандарты на материалы. Принципы маркировки и сортамент металлических материалов
- •15. Строение металлического слитка. Влияние на механические свойства величины зерна, способы регулирования
- •16(5). Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности
- •17(6). Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия кристаллов
- •18(7). Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность
- •19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп
- •20(10). Возврат и рекристаллизация
- •21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •22(17). Полиморфные превращения
- •23(18). Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси
- •24. Диаграммы фазового равновесия
- •25. Правило фаз и правило отрезков
- •26. Ликвация в сплавах
- •27. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •28(19). Фазы и структуры на диаграмме состояния железо-цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •29(20). Железо и сплавы на его основе. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- •30(21). Легирующие элементы в стали. Влияние легирующих элементов на диаграмму состояния
- •31(22). Структурные классы легированных сталей
- •32(23). Цели легирования
- •33. Превращения аустенита при охлаждении. Термокинетическая диаграмма
- •34(24). Основные виды термической обработки. Предварительная и окончательная термообработка
- •35(25). Виды отжига и их назначение
- •36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
- •37(27). Искусственное и естественное старение сплавов
- •38. Виды брака при термообработке
- •39(28). Термомеханическая обработка и ее разновидности
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •40(29). Химико-термическая обработка, ее разновидности и применение
- •41(9). Объемное и поверхностное деформационное упрочнение
- •42(30). Классификация сталей
- •43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •1. Углеродистые стали
- •2. Легированные стали
- •44(32). Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •45(31.3). Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •46(33). Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения
- •47(34). Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •48. Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •50(36). Титан и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •51(37). Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения
- •52. Никель и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
- •53(38). Тугоплавкие металлы и сплавы, маркировка, свойства и область применения
- •54(39). Антифрикционные материалы, маркировка, структура, свойства и область применения
- •55. (40). Неметаллические материалы. Классификация полимеров
- •56. (40). Пластические массы, состав, свойства и область применения
- •57. Эластомеры. Состав, классификация и свойства резин
- •58. Клеящие материалы и герметики, состав, классификация и свойства
- •59. Неорганические материалы. Графит, керамика, неорганическое стекло, ситаллы, свойства и область применения
- •60. Порошковые материалы, структура, свойства и область применения
- •61. Композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей, структура, свойства и область применения
- •62. Наноматериалы
- •63. Древесные материалы, классификация, свойства и область применения
- •64. Вспомогательные материалы. Смазочные и смазочно-охлаждающие материалы, асбест, бумага кожа, текстиль
- •65. Защитные и декоративные покрытия. Лакокрасочные, электролитические и горячие покрытия. Плакирование
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Приложение в Ориентировочный перевод значений твердости, определяемых по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса
- •Содержание
36(26). Закалка и отпуск сталей. Поверхностная закалка
Закалкой называется процесс ТО, состоящий в нагреве на 30…50оС выше линииА3 (GS) для доэвтектоидных сталей и выше линииА1(PK) для заэвтектоидных сталей (см. рис. 35); выдержки для прогрева по всему объему и быстром охлаждении со скоростью выше критической для получения структуры мартенсита. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в-железе, который образуется в результате быстрого (бездиффузионного) превращения аустенита при охлаждении стали (углерод при этом не успевает покинуть пределы решетки и сильно искажает кристаллическую решетку мартенсита; чем больше углерода, тем выше эти искажения). Мартенсит обладает повышенной прочностью, твердостью (60…65 HRC) и низкой пластичностью (2 %).
Закалка относится к окончательным видам ТО, после нее производят только отпуск и, если требуется, небольшую шлифовку. После закалки материал имеет высокие внутренние напряжения, которые могут привести к короблению или растрескиванию деталей.
Для уменьшения внутренних напряжений и изменения структуры в требуемом направлении после закалки обязательно проводят один из трех видов отпуска– нагрева до определенной температуры, выдержки и охлаждения на воздухе:
Низкий отпускпроизводят при температуре 150…200оС; он сохраняет структуру мартенсита, т.е. сталь остается такой же твердой и прочной, но несколько снижается уровень внутренних напряжений. Закалку с низким отпуском применяют при изготовлении особо твердых и износостойких деталей (ножей режущего инструмента, шарикоподшипников и т.п.). Для достижения высокой твердости применяют средне- и высокоуглеродистые стали, содержащие 0,5–1,3 % С.
Средний отпускпроизводят при температуре 350…500оС; он приводит к распаду мартенсита и образованию особой, мелкодисперсной механической смеси феррита и цементита, которая называетсятроостит. Такая структура обладает высоким пределом упругости и поэтому закалку со средним отпуском применяют при изготовлении упругих элементов (рессор, крупных пружин, мембран). Для этих целей применяют среднеуглеродистые стали, содержащие 0,5…0,6 %С, лучше с добавкой марганца.
Высокий отпускпроизводят при температуре 550…650оС. При этом мартенсит распадается с образованием более грубой ферритно-цементитной механической смеси, называемойсорбит. Такая структура обладает наилучшим сочетанием прочностных и пластических свойств, а также повышенной вязкостью. Закалку с высоким отпуском принято называтьулучшениемстали. Улучшение широко применяют при изготовлении ответственных деталей из среднеуглеродистых сталей (валов, шестерен и др.), работающих при ударных нагрузках.
В ряде случаев для упрочнения металла вместо традиционной объемной закалки целесообразно использовать поверхностную закалку, производимую за счет нагрева токами высокой частоты (ТВЧ-закалка), газовой горелкой, лазерным лучом или путем кратковременного погружения детали в ванну с расплавленными солями. В этих случаях прогревается и закаливается на структуру мартенсита только поверхность детали, а сердцевина остается незакаленной, т.е. более вязкой и пластичной, чем после традиционной закалки. Чаще всего поверхностной закалке подвергают детали из среднеуглеродистых сталей (40, 40Х, 45Х, 40ХН и др.), что позволяет получить прочную, твердую, износостойкую поверхность и сохранить вязкую сердцевину. Такая обработка повышает предел выносливости и положительно сказывается на сроке эксплуатации деталей, подвергаемых знакопеременным и ударным нагрузкам.